JP5082526B2

JP5082526B2 - 検出器及び水質測定装置

Info

Publication number: JP5082526B2
Application number: JP2007072056A
Authority: JP
Inventors: 浩一郎檀; 隆一石川
Original assignee: DKK TOA Corp
Current assignee: DKK TOA Corp
Priority date: 2007-03-20
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2027-03-20
Also published as: JP2008232790A

Description

本発明は、配管を介して供給される飲料用の水の水質測定に用いる検出器及び水質測定装置に関するものである。

浄水源から各末端にいたる給水ラインの水質の管理は、特に都市部において、給水パイプが複雑に入り組んでいる場合に、パイプの材質の経年劣化の監視なども含めて、よりきめ細かい管理が必要になってきている。この場合、ｐＨ、導電率、濁度、色度及び残留塩素などの水質基準に係わる省令上の基本的な測定項目を測定する測定器を、複数の測定ポイントに配備することになる。これら基本的な測定項目のうち、ｐＨ、導電率及び残留塩素などは、被測定液体に電気化学的な電極を挿入することで測定が可能である。

また、濁度及び色度は、光源からの光ビームを被測定液体に照射し、その透過光等を測定することで検出することが可能である。なお、濁度と色度は測定方式が互いに同じであることから、濁度と色度を同時に測定・補正する測定器がある。

ここで、測定水を貯留する測定水槽と、前記測定水槽に測定光路を形成する投光器と、前記投光器で生成された測定光路の光線を受光する受光器と、を備えた濁度計において気泡等の誤差要因を少なくするための技術が従来から提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１には、測定光路を形成する位置よりも上部位置から所定の入口通路を通じ緩衝手段を介して供給する測定水入口手段と、測定光路よりも下部位置から出口通路を通じて排水する測定水出口手段と、を有する構成が開示されている。この緩衝手段は、測定水の流量流速により開閉するフロートを入口通路の上部に設け、フロートで測定水の注ぎ具合を緩衝するように構成されている。そして、測定水槽の測定光路よりも上部位置から測定水をゆっくり流し込み、気泡を測定水槽内で拡散させないようにし、かつゆっくり流すことで上昇しやすい気泡との分離がしやすくなり測定水に溶け込んでいる気泡を測定光路を通過しないように迂回させて排出している。

特開２００６−２００９５９号公報

上述したように、給水ラインの水質を管理するために測定器を複数の測定ポイントに配備することになるため、測定器について低コスト化及び小型化が要求されている。すなわち、最終的に需要家が飲用する配水管末端水の水質を測定してその値が適切であるかどうかを監視し、適切になるように管理するのが理想的な水質管理である。このため、需要家である家庭や集合住宅に設置するには、予算の制約によって測定器の単価や設置工事費用等を抑制する必要があり、また、設置場所等の制約によって測定器を小型化する必要がある。

もっとも、ｐＨ、導電率及び残留塩素などを測定する構成については、電気化学的な電極そのものを小さくすることで小型化が可能であり、また、各電極を集積化することによって更に小型・廉価化が可能になる。

しかしながら、濁度及び色度を測定する構成については、光学的な原理に基づくものとなり、光学系が複雑になることから、小型・廉価化については困難である。更には、気泡等の誤差要因を少なくするための構成を低コストかつ小型で実現する構成については、従来から提案されている技術では対応することができない。すなわち、従来の構造では、低コスト化、小型化及び高精度化を図ることが困難である。

本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、濁度及び色度を測定する構成について低コスト化及び小型化と共に精度の向上を可能にする検出器及び水質測定装置を提供することにある。

かかる目的のもと、本発明が適用される検出器は、床面、天井面及び壁部を含む複数の面で画成される領域を有し、試料水が当該領域に流入する流入部を当該床面に有し、試料水が当該領域から流出する流出部を当該天井面に有するセルと、前記セルの前記領域に試料水測定用の光を前記セルの壁部から発する発光部と、前記発光部により発せられる光を受ける受光部と、前記発光部および前記受光部と対向して配設される反射部と、を含み、前記発光部、前記受光部および前記反射部は、当該発光部から当該受光部に至る測定光路が１回反射のＶ字状になり、かつ、当該測定光路の上端と前記天井面との間に、前記領域内に流入した試料水に含まれる気泡が当該天井面に沿って前記流出部に向かって移動する際に前記測定光路内に入り込むことがないよう、所定の隙間が形成されるように配設され、前記発光部および前記受光部が配設されている側と前記反射部が配設されている側のいずれか一方の壁部の近傍に前記流入部は位置し、他方の壁部の近傍に前記流出部が位置し、前記流入部は、平面視で前記測定光路の外に位置することを特徴とするものである。

他の観点から捉えると、本発明が適用される水質測定装置は、濁度及び／又は色度を含む複数の項目を測定する水質測定装置であって、床面、天井面及び壁部を含む複数の面で画成される領域を有し、試料水が当該領域に流入する流入部を当該床面に有し、試料水が当該領域から流出する流出部を当該天井面に有するセルと、前記セルの前記領域に前記壁部から試料水測定用の光を発してその透過量と散乱量の少なくとも一方を検出する検出部と、前記検出結果を用いて試料水の濁度及び／又は色度を演算する演算部と、を含み、前記検出部は、前記セルの前記領域に試料水測定用の光を前記セルの壁部から発する発光部と、前記発光部により発せられる光を受ける受光部と、前記発光部および前記受光部と対向して配設される反射部と、を備え、前記発光部、前記受光部および前記反射部は、当該発光部から当該受光部に至る測定光路が１回反射のＶ字状になり、かつ、当該測定光路の上端と前記天井面との間に、前記領域内に流入した試料水に含まれる気泡が当該天井面に沿って前記流出部に向かって移動する際に当該測定光路内に入り込むことがないよう、所定の隙間が形成されるように配設され、前記発光部および前記受光部が配設されている側と前記反射部が配設されている側のいずれか一方の壁部の近傍に前記流入部は位置し、他方の壁部の近傍に前記流出部が位置し、前記流入部は、平面視で前記測定光路の外に位置することを特徴とするものである。

本発明によれば、濁度及び色度を測定する構成について低コスト化及び小型化と共に精度の向上が可能になる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る検出器１を示す概略正面図であり、図２は、本実施の形態に係る検出器１を示す概略平面図である。
図１及び図２に示す検出器１は、試料水が流れる配管Ｐ１，Ｐ２に接続されるセル（測定槽、測定セル）２と、セル２内に光（試料水測定用の光）を照射する光源（発光部）３と、光源３からの光を受ける受光部４と、光源３及び受光部４の配置された壁部と対向する壁部に配置される反射ミラー５と、入射光強度を測定するための比較用受光部３１と、を備えている。この検出器１は、透過光法を用いて試料水の濁度と色度の測定を行うものである。

更に説明すると、検出器１は、セル２内に光を当ててその透過光を測定するものである。すなわち、測定した透過光の減衰の度合いが試料水中の懸濁物質の濃度に関連することを利用して濁度等を検出するものである。別の言い方をすると、試料水を透過する光が、試料水中の懸濁物や色度成分による吸収を受けて減衰するという性質を使用して濁度や色度を測定するものである。付言すると、光源３の比較用受光部３１は、吸収がないときの光の強度（入射光強度）を測定するためのものである。
この検出器１には、いわゆるフローセルによる連続測定方式が採用されている。

光源３と受光部４とは互いに隣接して配設され、反射ミラー５は、光源３及び受光部４と離間して配設されている。このように、測定光路Ｏが１回反射のＶ字状となるように、光源３、受光部４及び反射ミラー５を配置している。したがって、検出器１の小型化を実現しつつ測定光路Ｏの長さを十分に確保することが可能になり、高精度な計測を可能にしている。

セル２は、床部（床面）２３、天井部（天井面）２４及び壁部（壁面）２５を含む複数の面で画成される領域Ａと、上流側の配管Ｐ１の上端に接続され、試料水を領域Ａに供給する供給部（流入部）２１と、下流側の配管Ｐ２の下端に接続され、領域Ａから試料水を排出する排出部（流出部）２２と、を備えている。すなわち、上流側の配管Ｐ１から供給部２１を介して供給された試料水は、領域Ａを通って排出部２２から排出される。
なお、領域Ａは、セル２の内部において水平方向（横方向）Ｈに延びて形成されている。

ここで、図１に示すように、セル２の供給部２１は、セル２の床部２３に配設され、また、排出部２２は、セル２の天井部２４に配設されている。すなわち、試料水は、下から上に通水しており、そして、セル２の領域Ａには、試料水が下方から供給され、セル２の領域Ａの試料水は、上方に排出される。

また、セル２の領域Ａ内において、セル２の天井部２４と測定光路Ｏの上端との間には隙間寸法δの隙間が形成されている。この隙間寸法δは、後述するように、セル２の領域Ａ内に試料水と共に流入した気泡が測定光路Ｏに入らないような寸法である。

図２に示すように、供給部２１と排出部２２との平面視における位置は、互いに異なる。すなわち、供給部２１は、光源３及び受光部４が配設されている側に位置し、また、排出部２２は、反射ミラー５が配設されている側に位置している。このため、供給部２１からセル２の領域Ａに供給された試料水が滞留することなく排出部２２から排出され、試料水の入れ替えが円滑に行われる。

更に説明すると、供給部２１は、平面視において、光源３から反射ミラー５を経て受光部４に至る測定光路Ｏから外れる位置（測定光路Ｏの外）に配設され、また、排出部２２は、測定光路Ｏに重なる位置に配設されている。付言すると、供給部２１は、光源３と受光部４との間に位置するように配設され、また、排出部２２は、反射ミラー５に隣接して配設されている。

次に、検出器１の作用について説明する。
図１に示すように、試料水が供給部２１からセル２の領域Ａに供給される際に試料水と共に供給部２１から流入した気泡等は、その浮力により供給部２１から垂直方向Ｖの上側（上方）に浮上していく。このとき、気泡等は、測定光路Ｏを横切ることなく供給部２１から上方に進み（図２参照）、やがて天井部２４ないしは天井部２４付近に到達する。

セル２の領域Ａ内では、試料水は排出部２２に向けて流れる。このため、天井部２４に到達した気泡等は、この試料水の流れに従って排出部２２へ進み、そして、試料水と共に排出部２２から配管Ｐ２に排出される。その際に、気泡等は、測定光路Ｏよりも上方を通り、測定光路Ｏに入り込まない。

このように、供給部２１から試料水と共に流入した気泡等は、図１に気泡の流れとして破線で示すように、測定光路Ｏにかからないように、その浮力で上昇し、かつ、試料水の流れに乗って排出部２２から排出される。このため、気泡等が光学的な測定に影響を及ぼさない。

更に説明すると、セル２の供給部２１から試料水を供給する前に気泡等を積極的に除去しなくても済み、また、セル２の供給部２１から気泡等と共に試料水が供給された後に気泡等の動きを積極的に制御する装置を用いなくても済むので、簡易な構成で気泡等の影響を排除することができる。すなわち、測定に際し気泡等の影響を受けない検出器１を小型かつ低コストで実現することが可能になる。

なお、本実施の形態では、セル２の天井部２４を水平方向Ｈに延びるように形成されているが、より円滑に排出部２２に向かう気泡等の流れを形成するために、排出部２２の位置が上側に位置するようにセル２の天井部２４を傾斜させることも考えられる。

ここで、図３は、変形例に係る検出器１を示す概略平面図である。なお、図３に示す検出器１の基本的な構成は、図１及び図２に示す検出器１と共通するため、その説明を省略する。
図３に示す検出器１のセル２Ｍ１は、平面視で略台形形状であり、セル２Ｍ１の領域Ａを必要最小限にすることが可能になる。このため、図２に示す矩形形状のセル２に比べて、供給部２１からセル２Ｍ１の領域Ａに供給された試料水の滞留を防止することができ、また、外形をコンパクトに構成することが可能になる。
また、セル２Ｍ１は、平面視で供給部２１の位置から排出部２２の方向に進むに従って天井部２４の幅方向寸法が狭くなる所謂くさび形状に形成されている。このため、供給部２１から上方に進んで天井部２４に到達した気泡等は、円滑に排出部２２から排出される。

また、図４は、別の変形例に係る検出器１を示す概略平面図である。なお、図４に示す検出器１の基本的な構成は、図１及び図２に示す検出器１と共通するため、その説明を省略する。
図４に示す検出器１のセル２Ｍ２は、平面視で略円形形状である。このため、設置するスペースが円形状であれば、図４に示す検出器１を用いることで、スペース的に有利である。また、矩形形状の場合に比べてセル２Ｍ２の製造が容易になり、製造コストを低減することが可能になる。

図５は、検出器１が適用される水質測定装置１００の構成を説明するためのブロック図である。上述した検出器１は、濁度及び色度を含む多項目の水質測定を行う水質測定装置に適用することができる。なお、図５では、検出器１が検出部１０１の一部を構成するものとして図示している。
図５に示す水質測定装置１００は、濁度及び色度を含む多項目を検出する検出部１０１と、検出部１０１にユーザが動作指示を与えるための指示部１０２と、検出部１０１の検出結果に基づいて演算を行うと共に各部の制御を行う演算制御部１０３と、演算制御部１０３による演算結果を表示する表示部１０４と、検出部１０１の検出結果を記憶すると共に演算制御部１０３が用いる各種のデータを記憶する記憶部１０５と、を含むものである。

ここで、検出部１０１の検出結果としては、比較用受光部３１の検出結果及び受光部４の検出結果が含まれる。すなわち、濁度及び色度の測定について簡単に説明すると、光源３（図２参照）から出射された光を試料水中に透過させて受光部４がその光を受光する。
そして、演算制御部１０３は、比較用受光部３１の検出結果としての電気信号及び受光部４の検出結果としての電気信号に基づいて光の減衰の度合いを求め、記憶部１０５に予め記憶されている所定の演算式を用いて濁度及び色度を演算する。

なお、演算制御部１０３は、例えばＣＰＵ等で構成することができる。また、表示部１０４は、例えばデジタル表示器等で構成することができ、記憶部１０５は、例えば不揮発性メモリ等で構成することができる。

本実施の形態に係る検出器を示す概略正面図である。本実施の形態に係る検出器を示す概略平面図である。変形例に係る検出器を示す概略平面図である。別の変形例に係る検出器を示す概略平面図である。検出器が適用される水質測定装置の構成を説明するためのブロック図である。

符号の説明

１…検出器、２，２Ｍ１，２Ｍ２…セル、２１…供給部、２２…排出部、２３…床部、２４…天井部、２５…壁部、３…光源、３１…比較用受光部、４…受光部、５…反射ミラー、１００…水質測定装置、１０１…検出部、１０２…指示部、１０３…演算制御部、１０４…表示部、１０５…記憶部、Ａ…領域、Ｈ…水平方向、Ｏ…測定光路、Ｐ１，Ｐ２…配管、Ｖ…垂直方向、δ…隙間寸法

Claims

床面、天井面及び壁部を含む複数の面で画成される領域を有し、試料水が当該領域に流入する流入部を当該床面に有し、試料水が当該領域から流出する流出部を当該天井面に有するセルと、
前記セルの前記領域に試料水測定用の光を前記セルの壁部から発する発光部と、
前記発光部により発せられる光を受ける受光部と、
前記発光部および前記受光部と対向して配設される反射部と、
を含み、
前記発光部、前記受光部および前記反射部は、当該発光部から当該受光部に至る測定光路が１回反射のＶ字状になり、かつ、当該測定光路の上端と前記天井面との間に、前記領域内に流入した試料水に含まれる気泡が当該天井面に沿って前記流出部に向かって移動する際に当該測定光路内に入り込むことがないよう、所定の隙間が形成されるように配設され、
前記発光部および前記受光部が配設されている側と前記反射部が配設されている側のいずれか一方の壁部の近傍に前記流入部は位置し、他方の壁部の近傍に前記流出部が位置し、
前記流入部は、平面視で前記測定光路の外に位置することを特徴とする検出器。
濁度及び／又は色度を含む複数の項目を測定する水質測定装置であって、
床面、天井面及び壁部を含む複数の面で画成される領域を有し、試料水が当該領域に流入する流入部を当該床面に有し、試料水が当該領域から流出する流出部を当該天井面に有するセルと、
前記セルの前記領域に前記壁部から試料水測定用の光を発してその透過量と散乱量の少なくとも一方を検出する検出部と、
前記検出結果を用いて試料水の濁度及び／又は色度を演算する演算部と、
を含み、
前記検出部は、
前記セルの前記領域に試料水測定用の光を前記セルの壁部から発する発光部と、
前記発光部により発せられる光を受ける受光部と、
前記発光部および前記受光部と対向して配設される反射部と、
を備え、
前記発光部、前記受光部および前記反射部は、当該発光部から当該受光部に至る測定光路が１回反射のＶ字状になり、かつ、当該測定光路の上端と前記天井面との間に、前記領域内に流入した試料水に含まれる気泡が当該天井面に沿って前記流出部に向かって移動する際に当該測定光路内に入り込むことがないよう、所定の隙間が形成されるように配設され、
前記発光部および前記受光部が配設されている側と前記反射部が配設されている側のいずれか一方の壁部の近傍に前記流入部は位置し、他方の壁部の近傍に前記流出部が位置し、
前記流入部は、平面視で前記測定光路の外に位置することを特徴とする水質測定装置。